EV 101：电动汽车是如何工作的？

电动汽车凭借其平稳的操控和快速的加速，是避免高油价或缓解天然气动力汽车对环境影响的一种有吸引力的方式。它们的前期成本平均可能高于汽油车，但有几款车型的价格低于4万美元，联邦税收抵免以减轻打击，以及稳步改善的充电基础设施，以帮助平息续航焦虑。但它们实际上是如何工作的呢？

电动汽车基础知识

与典型的内燃机(ICE)汽车不同的是，电动汽车不需要通过燃烧的燃料进行爆炸燃烧来产生移动所需的能量。取而代之的是，他们使用储存在电池组中的电能来驱动连接到车轮上的电动马达，并驱动汽车前进。因此，电动汽车的活动部件比汽油车少，通常需要的维护也更少(不换油)。

有几种不同类型的汽车可以被称为电动汽车，从插电式混合动力车到全电池驱动的汽车，甚至是氢燃料电池驱动的汽车。虽然混合动力车使用少量电力，但它们仍然被普遍认为是天然气动力汽车，尽管效率更高。我们将特别关注全电动汽车在这里的工作原理。

电池背后的科学

每辆电动汽车都有一个由锂离子电池或电池组成的电池组，这些电池提供从移动汽车到运行空调的一切所需的电力。它通常位于车辆底部的两个车轮之间。

电动汽车的电池充电方式与你手机中的锂离子电池大致相同，只是规模要大得多。你通过插座或充电站将其连接到电网，它就会吸取能量，直到充电。电动汽车的电池能容纳多少能量将取决于它的容量，以千瓦时(KWh)衡量。数字越高，容量就越大，一次充电可以开得越远。

每款电动汽车的电池尺寸都不同，许多车型还提供多种尺寸选择(电池越大，汽车就越贵)。例如，即将推出的2024款现代科纳电动汽车为短途旅行配备了较小的电池选项(197英里续航里程为48.6千瓦时)，而较大的电池选项(64.8千瓦时)的续航里程为260英里。里维安R1T皮卡等注重性能的大型汽车的电池容量是前者的两倍或更多。Riyan提供三种不同的电池尺寸-标准Park(270英里续航，105千瓦时)、大型电池(321英里续航，135千瓦时)和最大电池(410英里续航，180千瓦时)。

让事情变得更复杂的是，现在市场上主要有两种类型的电动汽车。过去，大多数美国制造的电动汽车都使用镍钴锰(NCM)电池，这种电池能量密集，功率和续航里程都很高。最近，汽车制造商一直在悄悄地在他们的基础车型中改用一种名为磷酸铁锂(LFP)的新型电池。特斯拉、福特和里维安之所以采用它们，是因为它们的成本更低–没有昂贵的钴和镍–而且达到了EPA估计的相同范围。然而，LFP电池在寒冷的天气中失去续航能力更快，而且功率更低。因此，NCM电池通常仍被认为是为上层装饰保留的更可取的高级选项。

归根结底，这两种电池仍然大体上遵循相同的基本原则。与典型的墙上插座不同，它们发出的是直流电。为了产生旋转力，这种动力需要转换成交流(AC)。这就是电动汽车发动机设计的用武之地。

马达的设计

电动汽车的电动马达不需要加压和点燃汽油来驱动汽车的轮子。取而代之的是，它使用电机内部的电磁铁，由电池供电来产生旋转力。

马达内部有两组磁铁。一套安装在旋转汽车轮子的轴上，另一套安装在围绕转轴的外壳内。这两组磁铁都带电，所以它们的极性是相同的，它们相互排斥。磁铁相互推开的力使轴转动，车轮旋转，汽车向前移动。

为了在磁铁之间保持恒定的排斥状态，磁铁的极性必须随着轴的转动而不断变化。否则，它们最终会旋转回到一个点，在那里它们会相互吸引，而不是相互排斥，并将自己锁定在适当的位置。交流电源自动实现这一点，不断地在正负之间交替。但由于电动汽车电池的动力是直流电，需要一种名为逆变器的设备来不断反转磁铁的极性。

电动汽车的逆变器快速反转极性，大约每秒60次，以保持旋转力不变。一个单独的DC变流器用于将电力引导到其他不需要交流电的车辆系统(加热、信息娱乐和照明)。发送到电机的电流频率可以由驱动器改变，频率越高，极性反转的频率就越高。这会产生更多的旋转力或扭矩，并使车轮旋转得更快。

充电的艺术

对于汽油动力汽车，你把油箱加满后就可以出发了。对于电动汽车，美国有三种不同级别的充电站，从最慢的(1级)到最快的(3级)。

除了特斯拉，所有电动汽车都配备了一条1级电线，一端插入车辆，另一端是标准的墙上插座，该公司在2022年停止了1级充电器。对于新的电动汽车车主来说，这是一个很好的开始，他们可以在评估是否需要安装二级充电器以实现更快的家庭充电速度时振作起来。

3级充电器不能安装在家里，因为它们消耗的电能超过了家庭的电力容量。它们通常位于公路旅行者的高速公路上，以及城镇周围和城市中。像Electrtrify America、eVgo和特斯拉超级充电器这样的品牌很常见。最近，越来越多的汽车制造商宣布他们将改用特斯拉的充电端口，并将在2025年后将其内置到他们的汽车中。这将有效地使特斯拉增压机成为许多电动汽车买家的首选站点。

关于一直使用3级快速充电站是否会对你的电动汽车电池产生有害影响，存在一些争论。尽管最近的一项研究发现，与很少充电的特斯拉相比，经常快速充电的特斯拉并没有额外退化，但这一点还没有定论，Electric trek报道。就目前而言，你可能应该根据你的居住地和负担能力，使用对你来说最有意义的东西。

考虑到充电所需的时间，最理想的方法是，当车辆全天停在家里、办公室或其他任何地方–工作场所、跑腿的地方或健身房–时，最好的方法是一整天例行地充电。这可以防止电池在一天中失去太多的电量，这意味着给车辆充电或坐在充电站的时间更少。

电动汽车还配备了再生制动系统，该系统可以利用停车时的动能，并将其中一些能量引导回电池组，以电能的形式存储。这不会完全为你的电动汽车充电，但在适当的情况下可以让它变得更有效率。

电动汽车充电一次能跑多远？

电动汽车最常见的担忧是里程焦虑。电动汽车充一次电后的里程数将与汽油车加满油时的里程数相同吗？答案是：视情况而定。

根据电动汽车数据库汇总的数据，在撰写本文时，电动汽车的平均续航里程为220英里。但上下限相差很大，从2023年Mini Cooper EV的114英里(尽管下一代Mini Coop可能会承诺更多)到Lucid Air的500多英里。多个变量可能会影响这一范围，无论是在当下还是在车辆的整个生命周期内。

就续航里程而言，电动汽车电池的大小是最重要的因素之一。但无论其容量如何，电动汽车的续航里程都会因为连续的高速公路行驶、频繁的快速加速、过度使用快速充电、极端天气以及随着时间的推移而自然老化而减少。

现代电动汽车每年都成为一种更具竞争力的选择，导致更多的司机转而使用它们。在美国，电动汽车占新车销量的7%。在其他地方，如欧洲，截至2023年8月，这一比例高达21%–在挪威，这一比例高达85%。不过，充电基础设施还需要做一些工作。对于电动汽车司机来说，最好的情况是在家里和工作场所充电，这本质上降低了任何“专程加油”的概念已经成为过去。

虽然电动汽车有一些问题需要解决，但它们本身并不能拯救我们免受气候变化的影响，电动汽车可以成为一场更大的全面运动的一部分，以重新思考交通运输，建立更绿色的替代方案。